CN114185030A - 一种雷达信号脉内调制识别方法及系统 - Google Patents

一种雷达信号脉内调制识别方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种雷达信号脉内调制识别方法及系统，属于电子对抗技术领域，包括：获取雷达信号的3dB带宽；响应于检测到3dB带宽大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调频信号识别模型，输出调频信号类型，所述调频信号类型为脉内调制识别结果；响应于检测到3dB带宽不大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调相信号识别模型，输出调相信号类型，所述调相信号类型为脉内调制识别结果；对常用的LPI雷达信号提供了一种系统性的脉内调制识别方法，提高识别精确度。

Description

一种雷达信号脉内调制识别方法及系统
技术领域
本发明涉及一种雷达信号脉内调制识别方法及系统，属于电子对抗技术领域。
背景技术
目前，宽频带和复杂波形体制的雷达在军事领域中得到了广泛的应用，传统的基于信号载频、脉宽、到达方向、到达角度、信号幅度五参数识别方法，已很难对其进行有效的识别；为了更加有效的检测雷达信号，对雷达信号进行脉内特征的识别已经成为一项紧迫而严峻的任务，脉内特征分析的主要目的是实现不同脉内调制类型信号的自动区分与识别，并检测出相应的脉内调制参数(起始频率、结束频率、调频斜率、码元个数、码元宽度、码元序列等)；通过脉内调制特征分析，不仅有利于更全面地描述雷达信号，提高信号分选与识别的准确率，而且能够了解对方雷达的用途与性能，还可以向我方干扰机提供更准确的敌方雷达参数，从而提高对敌干扰的效果；对于电子战应用来说，要求雷达侦察设备具有实时的脉内分析能力已成为一种必然趋势。
采用脉内频率调制和相位调制的主要信号形式是脉冲压缩信号大时宽带宽信号；常见的LPI雷达信号有线性调频(LFM)、非线性调频(NLFM)、二相编码(BPSK)、四相编码(QPSK)、频率编码(FSK)等；在实际系统中，人们研究不同雷达辐射源信号的脉内调制特征，并提出了多种脉内调制特征的识别方法，但这些方法都只适用于少数二、三种信号、没有充分考虑系统性和实时性的识别问题，如何确保实时性和复杂环境下调制特征识别的可靠性，这是非常困难的任务；因此亟须一种实时性好可靠性高系统性高的调制特征识别方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种雷达信号脉内调制识别方法及系统，对常用的LPI雷达信号提供了一种系统性的脉内调制识别方法，提高识别精确度。
为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种雷达信号脉内调制识别方法，包括：
获取雷达信号的3dB带宽；
响应于检测到3dB带宽大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调频信号识别模型，输出调频信号类型，所述调频信号类型为脉内调制识别结果；
响应于检测到3dB带宽不大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调相信号识别模型，输出调相信号类型，所述调相信号类型为脉内调制识别结果。
结合第一方面，进一步的，所述雷达信号的3dB带宽通过以下方法得到：
超过半功率点的最大频点减去最小频点得到的信号带宽为3dB带宽。
结合第一方面，进一步的，将雷达信号输入预建立的调频信号识别模型，输出调频信号类型：
获取雷达信号的有效带宽，将3dB带宽除以有效带宽得到带宽比值；
响应于检测到带宽比值大于预设比值阈值，输出调频信号类型为FSK信号；
响应于检测到带宽比值不大于预设比值阈值，对雷达信号进行短时傅里叶变换，搜索短时傅里叶变换中的最大值得到时频脊线，根据时频脊线计算频率变化率，若频率变化率小于预设变化率阈值，输出调频信号类型为LFM信号，否则输出调频信号类型为NLFM信号。
结合第一方面，进一步的，所述有效带宽为雷达信号一个波束内超过半功率点的信号带宽。
结合第一方面，进一步的，所述短时傅里叶变换计算公式如下：
Figure BDA0003394126500000031
其中，s(τ)为输入的雷达信号，h*(τ-t)为分析窗函数取共轭。
结合第一方面，进一步的，根据时频脊线计算频率变化率：
对时频脊线进行二次多项式曲线拟合，利用时频脊线线性插值后的起始时刻、中间时刻及末端时刻这三点将整段雷达信号分为两段，起始时刻至中间时刻为前一段，中间时刻至末端时刻为后一段，分别计算前一段和后一段的频率变化率并做差值，得到最终的频率变化率。
结合第一方面，进一步的，将雷达信号输入预建立的调相信号识别模型，输出调相信号类型：
获取雷达信号经傅里叶变换后的谱峰个数，对雷达信号进行离散Haar小波变换得到离散Haar小波变换峰值；
响应于检测到谱峰个数小于等于3且离散Haar小波变换峰值小于预设峰值阈值，输出调相信号类型为点频信号；
响应于检测到谱峰个数小于等于3和离散Haar小波变换峰值小于预设峰值阈值中任一条件不满足，将雷达信号平方后进行傅里叶变换，获取平方后的谱峰个数，若平方后的谱峰个数小于等于2，输出调相信号类型为BPSK信号，否则将雷达信号四次方后进行傅里叶变换，获取四次方后的谱峰个数，若四次方后的谱峰个数小于等于2，输出调相信号类型为QPSK信号，否则输出调相信号类型为其他信号。
结合第一方面，进一步的，所述离散Haar小波变换的计算公式如下：
Figure BDA0003394126500000041
其中，α是离散Haar小波变换尺度，n是数据长度，s(k)是原始时域数据。
结合第一方面，进一步的，所述预设峰值阈值的计算公式为：
Figure BDA0003394126500000042
α是离散Haar小波变换尺度。
第二方面，本发明还提供了一种雷达信号脉内调制识别系统，包括：
带宽获取模块：用于获取雷达信号的3dB带宽；
调频信号识别模块：用于响应于检测到3dB带宽大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调频信号识别模型，输出调频信号类型，所述调频信号类型为脉内调制识别结果；
调相信号识别模块：用于响应于检测到3dB带宽不大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调相信号识别模型，输出调相信号类型，所述调相信号类型为脉内调制识别结果。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明提供的一种雷达信号脉内调制识别方法及系统，通过对雷达信号的3dB带宽的粗识别，判断雷达信号是调频信号还是调相信号；若雷达信号是调频信号，则将雷达信号输入预建立的调频信号识别模型中进行进一步的调制特征识别，精确判断雷达信号属于哪一种调频信号；若雷达信号是调相信号，则将雷达信号输入预建立的调相信号识别模型中进行进一步的调制特征识别，精确判断雷达信号属于哪一种调相信号；综上所述，本发明提供的一种雷达信号脉内调制识别方法及系统，对常用的LPI雷达信号提供了一种系统性的脉内调制识别方法，提高识别精确度；
本发明提供的一种雷达信号脉内调制识别方法及系统，通过短时傅里叶变换，搜索短时傅里叶变换中的最大值得到时频脊线，根据时频脊线计算频率变化率，根据频率变化率对LFM信号和NLFM信号进行区分识别，提高识别精确度；
本发明提供的一种雷达信号脉内调制识别方法及系统，根据傅里叶变换的谱峰个数和离散Haar小波变换，对常规点频信号和其他调相信号进行可靠性识别，提高识别精确度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种雷达信号脉内调制识别方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供了一种雷达信号脉内调制识别方法，首先将雷达信号进行傅里叶变换(FFT)，得到雷达信号的3dB带宽，雷达信号经FFT处理后信号频谱主要为单根谱线。
对输入长度为L的数据(雷达信号)x(n)做N点傅里叶变换X(k)，
Figure BDA0003394126500000061
Figure BDA0003394126500000062
为向上取整。
对X(k)数据进行M点数据平滑，平滑取的点数为40，根据X(k)数据进行3dB带宽和有效带宽的估计，3dB带宽定义为超过半功率点的最大频点减去最小频点得到的信号带宽，有效带宽定义为雷达信号一个波束内超过半功率点的信号带宽。
对雷达信号进行初次识别(粗识别)，将3dB带宽与预设带宽阈值T3dB比较，T3dB为10M；若3dB带宽大于预设带宽阈值，则雷达信号为调频信号，否则雷达信号为调相信号。
若雷达信号经初次识别后结果为调频信号，对雷达信号进行调频信号识别(细识别)，即响应于检测到3dB带宽大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调频信号识别模型，输出调频信号类型，所述调频信号类型为脉内调制识别结果。
获取雷达信号的有效带宽，将3dB带宽除以有效带宽得到带宽比值，将所述带宽比值和预设比值阈值Tr比较，Tr为0.3；若所述带宽比值大于预设比值阈值，则输出雷达信号的调频信号类型为FSK信号；若所述带宽比值小于等于预设比值阈值，对雷达信号进行短时傅里叶变换，搜索短时傅里叶变换中的最大值，得到时频脊线，通过对时频脊线的特征提取来进行调频信号的细分，根据时频脊线计算频率变化率，若频率变化率小于预设变化率阈值Tf，Tf为0.15；则雷达信号为LFM信号，否则雷达信号为NLFM信号。
所述短时傅里叶变换计算公式如下：
Figure BDA0003394126500000071
其中，s(τ)为输入的雷达信号，h*(τ-t)为分析窗函数取共轭。
频率变化率的计算方法为：对时频脊线进行二次多项式曲线拟合，利用时频脊线线性插值后的起始时刻、中间时刻及末端时刻这三点将整段雷达信号分为两段，起始时刻至中间时刻为前一段，中间时刻至末端时刻为后一段，分别计算前一段和后一段的频率变化率并做差值，得到最终的频率变化率。
若雷达信号经初次识别后结果为调相信号，对雷达信号进行调相信号识别(细识别)，即响应于检测到3dB带宽不大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调相信号识别模型，输出调相信号类型，所述调相信号类型为脉内调制识别结果。
统计X(k)的谱峰个数m(即雷达信号经傅里叶变换后的谱峰个数)，对雷达信号进行离散Haar小波变换得到离散Haar小波变换峰值；若谱峰个数小于等于3且离散Haar小波变换峰值小于预设峰值阈值Th，则输出调相信号类型为点频信号；若谱峰个数小于等于3和离散Haar小波变换峰值小于预设峰值阈值中任一条件不满足，将雷达信号平方后进行傅里叶变换(FFT)，获取平方后的谱峰个数m psk，若平方后的谱峰个数小于等于2，则输出调相信号类型为BPSK信号，若平方后的谱峰个数大于2，将雷达信号四次方后进行傅里叶变换，获取四次方后的谱峰个数m psk，若四次方后的谱峰个数小于等于2，则输出调相信号类型为QPSK信号，否则输出调相信号类型为其他信号。
离散Haar小波变换的计算公式如下：
Figure BDA0003394126500000081
其中，α是离散Haar小波变换尺度，n是数据长度，s(k)是原始时域数据。
Haar小波变换尺度α计算方法为α＝fs/Bv,fs为采样率，Bv为有效带宽。
预设峰值阈值Th的计算方式为
Figure BDA0003394126500000082
雷达信号平方后，3dB带宽内谱峰只有1到2根谱线，我们将其判为二相编码信号(BPSK)；雷达信号四次方处理后，3dB带宽内谱峰只有1到2根谱线，我们将其判为四相编码信号(QPSK)。
本发明实施例提供的一种雷达信号脉内调制识别方法，识别出的几类典型的雷达辐射源信号：常规雷达信号(CW)、线性调频信号(LFM)、非线性调频信号(NLFM)、二相编码信号(BPSK)、四相编码信号(QPSK)、频率编码信号(FSK)，其中频率编码信号(FSK)最大支持16个频点的FSK信号。
实施例二
本发明实施例提供了一种雷达信号脉内调制识别系统，包括：
带宽获取模块：用于获取雷达信号的3dB带宽；
调频信号识别模块：用于响应于检测到3dB带宽大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调频信号识别模型，输出调频信号类型，所述调频信号类型为脉内调制识别结果；
调相信号识别模块：用于响应于检测到3dB带宽不大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调相信号识别模型，输出调相信号类型，所述调相信号类型为脉内调制识别结果。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种雷达信号脉内调制识别方法，其特征在于，包括：
获取雷达信号的3dB带宽；
响应于检测到3dB带宽大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调频信号识别模型，输出调频信号类型，所述调频信号类型为脉内调制识别结果；
响应于检测到3dB带宽不大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调相信号识别模型，输出调相信号类型，所述调相信号类型为脉内调制识别结果。
2.根据权利要求1所述的一种雷达信号脉内调制识别方法，其特征在于，所述雷达信号的3dB带宽通过以下方法得到：
超过半功率点的最大频点减去最小频点得到的信号带宽为3dB带宽。
3.根据权利要求1所述的一种雷达信号脉内调制识别方法，其特征在于，将雷达信号输入预建立的调频信号识别模型，输出调频信号类型：
获取雷达信号的有效带宽，将3dB带宽除以有效带宽得到带宽比值；
响应于检测到带宽比值大于预设比值阈值，输出调频信号类型为FSK信号；
响应于检测到带宽比值不大于预设比值阈值，对雷达信号进行短时傅里叶变换，搜索短时傅里叶变换中的最大值得到时频脊线，根据时频脊线计算频率变化率，若频率变化率小于预设变化率阈值，输出调频信号类型为LFM信号，否则输出调频信号类型为NLFM信号。
4.根据权利要求3所述的一种雷达信号脉内调制识别方法，其特征在于，所述有效带宽为雷达信号一个波束内超过半功率点的信号带宽。
5.根据权利要求3所述的一种雷达信号脉内调制识别方法，其特征在于，所述短时傅里叶变换计算公式如下：
Figure FDA0003394126490000021
其中，s(τ)为输入的雷达信号，h*(τ-t)为分析窗函数取共轭。
6.根据权利要求3所述的一种雷达信号脉内调制识别方法，其特征在于，根据时频脊线计算频率变化率：
对时频脊线进行二次多项式曲线拟合，利用时频脊线线性插值后的起始时刻、中间时刻及末端时刻这三点将整段雷达信号分为两段，起始时刻至中间时刻为前一段，中间时刻至末端时刻为后一段，分别计算前一段和后一段的频率变化率并做差值，得到最终的频率变化率。
7.根据权利要求1所述的一种雷达信号脉内调制识别方法，其特征在于，将雷达信号输入预建立的调相信号识别模型，输出调相信号类型：
获取雷达信号经傅里叶变换后的谱峰个数，对雷达信号进行离散Haar小波变换得到离散Haar小波变换峰值；
响应于检测到谱峰个数小于等于3且离散Haar小波变换峰值小于预设峰值阈值，输出调相信号类型为点频信号；
响应于检测到谱峰个数小于等于3和离散Haar小波变换峰值小于预设峰值阈值中任一条件不满足，将雷达信号平方后进行傅里叶变换，获取平方后的谱峰个数，若平方后的谱峰个数小于等于2，输出调相信号类型为BPSK信号，否则将雷达信号四次方后进行傅里叶变换，获取四次方后的谱峰个数，若四次方后的谱峰个数小于等于2，输出调相信号类型为QPSK信号，否则输出调相信号类型为其他信号。
8.根据权利要求7所述的一种雷达信号脉内调制识别方法，其特征在于，所述离散Haar小波变换的计算公式如下：
Figure FDA0003394126490000031
其中，α是离散Haar小波变换尺度，n是数据长度，s(k)是原始时域数据。
9.根据权利要求7所述的一种雷达信号脉内调制识别方法，其特征在于，所述预设峰值阈值的计算公式为：
Figure FDA0003394126490000032
α是离散Haar小波变换尺度。
10.一种雷达信号脉内调制识别系统，其特征在于，包括：
带宽获取模块：用于获取雷达信号的3dB带宽；
调频信号识别模块：用于响应于检测到3dB带宽大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调频信号识别模型，输出调频信号类型，所述调频信号类型为脉内调制识别结果；
调相信号识别模块：用于响应于检测到3dB带宽不大于预设带宽阈值，将雷达信号输入预建立的调相信号识别模型，输出调相信号类型，所述调相信号类型为脉内调制识别结果。
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